Озмя о латентно • < тек11ичес1у-.я—chuai^iotzka

ОПИСАНИЕ

ИЗОБ РЕТ ЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

33I332

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 09.II.1970 (¹ 1398855/18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 07.1Н.1972. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 17.IV.1972

М. Кл. G 01г 25i00

Комитет по делам изобретеиий и открытий при Совете Мииистров

СССР

УДК G21.317.373(088.8) Авторы изобретения

В. Ф. Богданов, Г. И. Алкин, В. Л. Ройтер и.И. Б. Кн

ВпЕСЫЗНАЯ ПАТЕИИО. с х.

ТЕ ИИЧЕ С1 ЛЯ

Заявитель У;

СПОСОБ ЧИСЛОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗЫ

Изобретение относится к числовой измерительной технике и программному управлению станками и приборами.

В фазовых датчиках перемещений подвижных узлов, станков и приборов (датчики типа

«Индуктосин», вращающийся трансформатор и др.) используют способ числового непосредственного (не компенсационного) измерения сдвига фазы между сигналом опорной частоты f на входе датчика и сигналом частоты f на выходе датчика.

В этом способе сдвиг фазы преобразуют во временной интервал, в течение которого производят счет импульсов, следующих с эталонной частотой „которую выбирают равной f,=

= — =nf, где L — перемещение датчика, соответствующее повороту фазы частотыf на 360, а Л вЂ” дискретность отсчета перемещений датчика.

Однако такой способ характеризуется сложностью установки начала отсчета перемещения.датчика в любом его положении, что необходимо, например, при использовании датчиков в большинстве систем программного управления и цифрового отсчета. Для установки начала отсчета в любом положении фазового датчика приходится запоминать в числовом виде величину сдвига фазы выходного сигнала fi относительно опорного сигнала f в положении датчика, принятому за начальное, и в процессе измерения вычитать эту величину из последующих значений сдвига фазы сигнала /ь

Кроме того, при использовании известного способа необходимо считать импульсы высокой частоты.

Целью изобретения является упрощение цифрового измерения сдвига фазы датчиков

10 перемещений.

Для этого также используют сигнал эталонной частоты fэ, превышающий опорную частоту f в целое число и раз. В предлагаемом способе выбирают число п1 такое, что выполняется равенство п /г=п, где /г=1, 2, ..., n, через промежутки времени, длительностью T в пх раз меньшие периода сигнала / на выходе фазо1 ного датчика (т= ), определяют мгнои, f

20 венное значение сигнала эталонной частоты f и подсчитывают число периодов изменения измеренных значений сигнала частоты f,.

Сущность предлагаемого способа лучше всего объяснима в том случае, когда макси25 мальная скорость перемещения датчика незначительна и число п1 можно выбрать равным единице.

В этом случае промежутки времени т равны

30 периоду сигнала f (т= — ), поэтому определеf

331332 ние мгновенного значения сигнала эталонной

1 частоты f, осуществляют через периоды —, Л например, в начале каждого периода сигнала fi. Если перемещение датчика и, следовательно, сдвиг фазы сигнала f„отсутствуют, то мгновенные значения сигнала f,, измеренные

1 через периоды т= —, имеют одни и те же

Л значения.

Если датчик перемещается, то сдвигается фаза сигнала fi относительно опорного сигнала f и сигнала эталонной частоты f,.

Тогда измеренные через периоды т=

Л мгновенные значения сигнала частоты f, будуг иметь различные значения (по амплитуде, фазе или каким-либо другим параметрам измерения). Когда относительный сдвиг фазы сигналов частот f> и f достигнет величины, рав2л ной измеренные мгновенные значения и сигнала f, изменяется на один полный период.

Подсчитывая число указанных периодов, мы определим сдвиг фазы, получаемый при дви2 женин датчика с дискретностью измерения —. и

Если же скорость перемещения датчика значительна, то через один период измерения

1 = — определяемое мгновенное значение сигЛ нала f, может измениться на недопустимо большую величину, например более, чем на один период, что приведет к ошибке измерения. Поэтому при значительных скоростях перемещения необходимо уменьшить периоды

1 измерения т в целое число раз п (т= ) °

n, f, При выборе числа и< должно соблюдаться равенство а=оп (1=1, 2, ..., и), т. е. и> должно быть меньше числа и в целое число раз или равно ему. В этом случае при отсутствии перемещений и, следовательно, сдвига фазы сигнала f> измеряемые мгновенные значения сигнала f, имеют одно и то же значение. Если же

n®kn (k=1, 2, ..., n), то определяемые через

1 периоды т= мгновенные значения сиги,Л нала f> будут изменяться при отсутствии перемещений, что приведет к ошибке измерения.

Таким образом, в предложенном способе производится измерение приращения сдвига фазы, что как раз и необходимо в датчиках перемещений станков и приборов, а не величины самого сдвига, как это осуществляется в известном способе, Поэтому начало отсчета измерения перемещений может быть выбрано в любой момент при любом положении датчика.

В предложенном способе счет периодов изменения сигнала f, ведется со скоростью прямо пропорциональной скорости перемещения датчика, т. е. скорость счета на несколько порядков ниже, чем скорость счета импульсов эталонной частоты в известном способе непо5

ЗО

4 средственного отсчета сдвига фазы. Например, при скорости перемещения датчика

1 м/сек и дискретности А=1 мкм скорость счета дискретных участков Л равна 1000 кгпв, т. е. в 20 раз ниже, чем в приведенном ранее примере.

Предложенный способ применим только в тех случаях, когда в процессе измерения датчик перемещается в одну какую-либо сторону.

Если же перемещение датчика в процессе одного цикла измерения является знакопеременным, что, например, часто происходит в станках с программным управлением, то предложенный способ приведет к ошибке измерения, так как подсчет периодов сигнала частоты /, ведется без учета направления перемещения датчика. Учет направления перемещения датчика может производиться различными способами.

С целью исключения ошибки измерения сдвига фазы при знакопеременных перемещениях датчика определяют знак изменения сдвига фазы между сигналами f и fl, а подсчет числа периодов указанных выше значений сигнала f, осуществляют с учетом знака изменения сдвига фазы: при положительном знаке указанные периоды складывают, при отрицательном знаке — вычитают.

Очевидно, что в этом случае погрешность измерения отсутствует независимо от того, являются перемещения датчика однонаправленными или носят знакопеременный характер.

Промежутки времени т, через которые производят измерение мгновенных значений сигнала /„ могут быть получены различными способами. С целью упрощения получения промежутков т частоту f сигнала на выходе датчика умножают в и> раз и получают частоту

n> fl. При этом периоды частоты n f равны

1 и, f, Эти периоды умноженной частоты n>f< используют для измерения мгновенных значений сигнала частоты f,.

Определение мгновенных значений и подсчет периодов изменения сигнала эталонной частоты f, также может осуществляться различными способами. В том случае, когда производят умножение частоты f< в и> раз и при этом выбирают nl — — n производят наложение частот f„ n>f< и подсчитывают число периодов биений, получаемых в результате наложения указанных частот.

Действительно, когда фаза измеряемого сигнала частоты fl сместится относительно фазы

2к опорного сигнала частоты f на — часть своего и периода, относительный сдвиг фаз сигналов частоты f,=nf и частоты n fl будет в и раз большим (так как n=nl) т. е, равен 2л.

Это соответствует одному периоду биений, получаемых при наложении частот /, и n f>.

Подсчитывая число периодов биений, мы опрег делим сдвиг фазы с дискретностью — . и

331332

Предмет изобретения

Составитель Г. Кучеренко

Техред 3. Тараненко

Редактор Л. Народная

Корректор Е. Исакова

Заказ 919/14 Изд. Мз 342 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров ССС1

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

В случае знакопеременного движения датчика, определение знака сдвига фазы может осуществляться способом, в котором эталонный сигнал f выполняют многофазным и определяют последовательность чередования фаз измеренных значений сигнала частоты /,.

При одной последовательности знак изменения сдвига фазы считают положительным, а при обратной последовательности — отрицательным. Например, выполняют сигнал частоты трехфазным. Тогда при чередовании фаз с последовательностью 1 — 2 — 3 — 1 и так далее изменение сдвига фазы считают положительным, а при чередовании фаз с последовательностью

3 — 2 — 1 — 3 и так далее — отрицательным.

Предложенный способ может быть применен в системах программного управления и устройствах цифрового отсчета станков, машин и приборов, использующих фазовые датчики перемещений.

1. Способ числового измерения сдвига фазы между сигналом опорной частоты на входе фазового датчика перемещения и сигналом на выходе датчика с помощью сигнала эталонной частоты, превышающей опорную частоту в целое число раз и синхронизированной с ней, отличающийся тем, что, с целью упрощения измерения, периоды сигнала на выходе фазового датчика делят на интервалы времени так, чтобы отношение периода указанного сигнала к упомянутому интервалу времени было больше в целое число раз или равно кратности частот опорной и эталонной; в моменты времени, разделенные упомянутыми интервалами, определяют мгновенные значения сигнала эталонной частоты и подсчитывают число периодов изменения измеренных мгновенных значений сигнала эталонной частоты.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью исключения погрешности измерения при

10 знакопеременных перемещениях датчика, определяют знак изменения сдвига фазы и при положительном знаке указанные периоды складывают, а при отрицательном — вычитают.

15 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения определения мгновенных значений и подсчета периодов изменения измеренных значений сигнала эталонной частоты при равенстве отношений частот эталонной и

20 опорной, с одной стороны, и периода сигнала датчика к интервалу измерения, с другой стороны, производят умножение частоты сигнала датчика на число, равное указанному отношению, осуществляют взаимное наложение

25 сигналов умноженной частоты и эталонной и подсчитывают число периодов биений, получаемых в результате наложения.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью упрощения определения знака

30 изменения сдвига фазы, формируют многофазный сигнал эталонной частоты и определяют последовательность чередования фаз измеренных значений сигнала эталонной частоты, по которой судят о направлении перемещения.